Kimya Kulübü

New Page 3

GAZLAR

Gazlar hızlı hareket eden ve aralarında büyük uzaklıklar bulunan moleküllerden oluşur. Belirli bir gaz için bu moleküllerin kütleleri ve büyüklükleri aynıdır. Herhangi iki gaz homojen olarak her oranda karışır. Gaz molekülleri arasındaki uzaklık fazla olduğundan kolaylıkla sıkıştırılabilir. Gazlar diffüzlenebilir. Gazların davranışı hakkındaki sayısal hesaplamalar basit gaz yasaları ve ideal gaz denklemi denilen genel ifade kullanılarak gerçekleştirilir. Gazaların fiziksel davranışını dört özellik belirler: gazın miktarı, hacmi, sıcaklık ve basınç. Bunlardan üçü bilinirse diğerleri hesaplanabilir.

Gaz Basıncı ve Ölçülmesi:

Basınç birim yüzeye uygulanan kuvvettir. Gazın basıncı, bu gazın kabın çeperlerine uyguladığı kuvvetin, kabın yüzey alanına bölümüne eşittir.

P= Basınç, birimi Pascal (Pa) : N/m2

P= F / A = Kuvvet / Alan ; F= Kuvvet, birimi Newton (N) : kg.m/s2

A= Alan, birimi metre kare : (m2)

Balon havayla dolduğunda, sabit hızdaki gaz moleküllerinin birbirleri ve içinde bulundukları kabın çeperi ile çarpışması sonucu şişer. Gaz molekülleri bu çarpışma nedeniyle kabın iç duvarlarına bir kuvvet uygularlar. Bu kuvvet balonu genişletir.

Genellikle gaz basınçları atmosfer basıncı ile karşılaştırılarak ölçülür. Atmosferin yeryüzüne uyguladığı basıncı ölçmek için Barometre kullanılır. Barometre, Torricelli tarafından geliştirilmiş bir ucu kapalı yaklaşık 850 mm uzunluğunda bir cam tüpün civa ile doldurulduktan sonra ters çevrilerek açık bir kapta bulunan civa içerisine batırılması ile elde edilmiş bir düzenektir. Civa tüpte alçalır, fakat tamamen boşalmaz. Kabın içindeki civanın yüzeyine uygulanan atmosfer basıncı tüpteki civa kolonunu dengede tutar. Tüpün içindeki civanın boşluk hemen hemen tam bir vakumdur. Civa oda sıcaklığında uçucu olmadığından bu boşlukta ihmal edilebilecek kadar az civa buharı vardır. Bu nedenle pratikte kolondaki civanın üst yüzeyine hiç bir basınç uygulanmaz.

Tüp içindeki civa yüksekliği atmosfer basıncının bir göstergesidir. Atmosfer basıncı deniz seviyesinde civa kolonunu 760 mm yüksekte tutar. Bu değer 1 atmosfer (atm) olarak isimlendirilir. 1 atm = 101325 Pa = 101.325 kPa = 760 mmHg = 760 torr

1 mm civa yüksekliğine eşdeğer olan basınç 1 torr dur. Barometre Gallio'nun öğrencisi Toricelli tarafından yapılmıştır ve onun kısa ismi torr dur. Bir gaz basıncı sıvı basıncıyla kıyaslanarak dolaylı yoldan ölçülür. Sıvı basıncı (hidrostatik basınç); sıvının yoğunluğu ve sıvı sütununun yüksekliğine bağlıdır. Kesit alanı A olan bir silindire h yüksekliğine kadar su dolduralım. Ağırlık bir kuvvettir ve kütle ile doğru orantılıdır.

W= g.m =Kütle , m= V.d , V= h.A ise;

P= F/A = W/A = (g.m)/A = (g.V.d)/A = (g.h.A.d)/A = g.h.d

Örnek: silindir bir kapta d yoğunluğunda h yüksekliğinde sıvı varken tabana basınç P dır. Kaba yoğunluğu 3d olan başka bir sıvıdan h/2 yüksekliğinde ilave edilirse tabana yapılan basınç kaç P olur ? ( Pt = 5/2 )

Civa az bulunan, pahalı ve zehirli sıvıdır, o halde barometrede su yerine civa niye kullanılmaktadır ? 760 mmHg yükseklikte civa sütunun basıncına eşdeğer basıncı oluşturabilecek su sütununun yüksekliği ne olur ?

Hg sütununun basıncı = g. hHg .dHg = g 76.0 cm 13.6 g/cm3

Su sütununun basıncı = g. hsu .dsu = g hsu 1.00 g/cm3

g hsu 1.00 g/cm3 = g 76.0 cm 13.6 g/cm3

hsu = 76 (13.6/1) = 1.03*10^3

Atmosfer basıncı civa barometresi , ile 1 metreden az bir yükseklikte ölçülürken su barometresiyle üç katlı bir bina yüksekliğine ulaşır. Böylece, sütun yüksekliğinin sıvı yoğunluğu ile ters orantılı olduğu görülür.

Civa barometreleri atmosfer basıncını ölçtüğü halde diğer gazların basıncını ölçmede nadiren kullanılır. Bir gaz örneğinin basıncını, barometre örnek alınarak yapılmış manometreler kullanılarak ölçülür.

(a)Gaz basıncı barometre (b) Gaz basıncı barometre (c) Gaz basıncı barometre

basıncına eşit basıncından büyük basıncından küçük

Basit Gaz Yasaları

Basınç, hacim, sıcaklık ve gaz miktarı arasındaki ilişkilere basit gaz yasaları denir. En çok kalitatif gaz davranışlarını anlamak amacıyla kullanılır.

Charles veya Gay-Lusssac I Yasası : Sabit basınçtaki belirli bir miktar gazın hacmi Kelvşn (mutlak) sıcaklığı ile orantılıdır.

k orantı sabiti gaz örneğinin miktarına ve basıncına bağlıdır. Basınç sabit tutulursa, hacim doğrudan mutlak sıcaklık ile doğru değişir.

Gazlar önce sıvılaşırlar ve sonra mutlak sıfır sıcaklığına erişemeden katılaşırlar. İdeal bir gaz molekülleri; kütlesi olan ancak hacmi olmayan ve sıvı yada katı hale geçmeyen bir gazdır. Bir gerçek gazın hacmi, moleküllerinin kendi hacimleri değil, gaz molekülleri arasındaki serbest hacimdir.

V1 / T1 = k = V2 / T2 = sabit ==> V1 / V2 = T1 / T2

Charles veya Gay Lussac II. Yasası (Amontons Yasası):

Sabit hacim (izokor) de ve sabit miktardaki bir gazın, basıncı ile sıcaklığı orantılıdır

Avogadro Yasası : Sabit sıcaklık ve basınçta, bir gazın hacmi miktarı ile doğru orantılıdır.

Aynı sıcaklık ve basınçta farklı gazların eşit hacimleri eşit sayıda molekül içerir.

Aynı sıcaklık ve basınçta farklı gazların eşit sayıdaki molekülleri eşit hacim kaplar.

Normal koşullarda bir gazın 22.414 litresi 6.02214*10^23 molekül yada 1 mol gaz içerir.

İdeal Gaz Yasası:

Bir veya iki özelliğin sabit olduğu durumlarda bu sabitler yok edilerek basitleştirilir. Eğer aynı koşullarda 4 değişkenden üçü verilmişse ideal gaz denklemini seçmeliyiz. Bu değişkenler farklı iki koşulda verildiği zaman genel gaz denklemini kullanmalıyız.

Molekül Ağırlığı Tayini

İdeal gaz denklemi ile molekül ağırlığı tayini de yapabiliriz.

n = m / M ==> P.V = m.R.T / M ==> M = Gazın molekül Kütlesi = m.R.T / P.V

Gaz Yoğunlukları

d = m / V = M.P / R.T

Katı ve sıvı yoğunlukları arasında önemli iki fark vardır.

Gaz yoğunlukları önemli ölçüde basınç ve sıcaklığa bağlıdır, basınç artıkça artar ve sıcaklık arttıkça azalır. Sıvı ve katıların yoğunlukları da sıcaklığa bağlı olmakla beraber basınca çok az bağlıdır. Gazın yoğunluğu sıcaklık ile ters orantılıdır.

Bir gazın yoğunluğu onun mol kütlesi ile doğru orantılıdır. Sıvı ve katıların yoğunlukları ile mol kütleleri arasında önemli hiç bir ilişki yoktur.

Birleşen Hacimler Yasası

Gazlar tamsayılarla ifade edilebilen basit hacim oranlarında birleşmektedir. Buna Gay-Lussac birleşen hacimler yasası denir.

T ve P nin sabit olduğunu varsayarsak; bu durumda bir mol gaz belli bir V hacmini, kaplar. 2 mol gaz 2V, 3 mol gaz 3V hacmini kaplar.

Gaz Karışımları

İdeal gaz denklemine uyan gazlar, basit gaz yasalarına da uyarlar. Bu yasalar tek tek gazlara uygulandığı gibi etkileşmeyen gaz karışımlarına da uygulanabilirler. Böyle durumda n yerine nT P yerine PT kullanılır.

Bir gaz karışımının basıncı; karışımın bileşenlerinin kısmi basınçlarının toplamına eşittir. Buna Dalton kısmi basınçlar yasası denir.

Gazların Kinetik Kuramı:

Tüm gazların davranışlarında gözlenen düzenliliği açıklamak için kinetik kuram denen bir model geliştirilmiştir. Aşağıdaki ön kabulleri içerir.

Gaz molekülleri gelişi güzel ve devamlı hareket halindedir.
Basınç olayına gaz moleküllerinin bulundukları kabın çeperlerine yaptıkları çarpmalar neden olur.

Bu çarpmalar tamamen elastikidir.

Gazlarda düşük basınçlarda moleküller arası çekim kuvveti söz konusu edilemez.
Düşük basınçlarda gaz moleküllerinin kapladıkları hacim, kabın hacmi yanında ihmal edilebilir.
Gazın mutlak sıcaklığı gaz moleküllerinin ortalama kinetik enerjilerinin bir işlevidir.
Gazların ortalama kinetik enerjileri sıcaklığa bağlıdır ve mutlak sıcaklıkla doğru orantılıdır. Belirli bir sıcaklıkta tüm gazların molekülleri aynı ortalama kinetik enerjiye sahiptir.

Graham Difüzyon (Yayılma) Yasası:

İki farklı gazın yayılma hızları molekül ağırlıklarının karekökü ile ters orantılıdır. Gazların kinetik kuramı, aynı sıcaklıktaki gazların aynı ortalama kinetik enerjiye sahip olacağını belirtiyordu.

Molekül kütlelerinin oranı, molekül ağırlıkları oranı ile aynıdır.

Molekül hızı, yayılma hızı, yayılma zamanı, moleküllerin aldığı yol, yayılan gaz miktarı oranları molekül ağırlıklarının oranının kare kökü ile orantılıdır.

Gerçek (İdeal Olmayan) Gazlar

Gaz yasaları, kinetik kuram ile tanımlanan ideal bir gazın davranışını açıklar. Normal koşullar altında gerçek gazlar ideal gaza yakın davranırlar. Ancak düşük sıcaklıkta veya yüksek basınçlarda ideal halden sapmalar gözlenir. Çünkü;

Kinetik kuram, gaz molekülleri arasında çekim kuvvetlerinin olmadığını kabul eder. Halbuki gazların tümü sıvılaştırılabildiğinden bu gibi çekim kuvvetleri var olmalıdır. Moleküller arası çekimler sıvı halde molekülleri bir arada tutar.

Yüksek sıcaklıklarda gaz molekülleri çok hızlı hareket eder, moleküller arası çekim kuvvetlerinin etkisi çok küçük kalır. Düşük sıcaklıklarda moleküller daha yavaş hareket ederler ve hacim ideal gaz yasalarına göre beklenenden daha az olur. Çekim kuvvetlerinin varlığı önem kazanır.

Kinetik kuramda ideal gazın hacmi sıfırdır. Gerçek gazlarda hacim sıfır olamaz. Basınç artırıldığında moleküller arası boşluk azalır, anacak moleküllerin kendi hacmi değiştirilemez.

P.V / n.R.T = 1 ideal gaz için sıkıştırılabilirlik faktörü

Bütün gazlar yeterince düşük basınçlarda ideal davranırlar, fakat artan basınçlarda saparlar. Yüksek basınçlarda sıkıştırılabilirlik faktörü 1'den büyüktür.

Gerçek gazlar yüksek sıcaklıklarda ve düşük basınçlarda idealliğe yaklaşırlar. Moleküllerin öz hacimlerine ve moleküller arası kuvvetlere bağlı olarak gerçek gazlar için düzeltme faktörü konur.

a ve b gazdan gaza değişir ve deneyle saptanan sabit sayılardır.

Her gaz için öyle bir sıcaklık vardır ki, bu sıcaklığın üstüne ne kadar yüksek basınç uygulanırsa uygulansın gaz sıvılaştırılamaz. Bu sıcaklığa o gazın kritik sıcaklığı denir. bu andaki basınca da kritik basınç denir.

Bazı Gazlar için Wan der Waals Sabitleri